Spanningsval (VD) ontstaat wanneer de spanning aan het einde van een kabeltraject afneemt vergeleken met het beginpunt. Alle draden, ongeacht lengte of dikte, vertonen enige weerstand. Het laten lopen van een stroom door deze weerstand resulteert in een spanningsval. Naarmate de kabellengte toeneemt, nemen ook de weerstand en reactantie toe in directe verhouding. Bijgevolg wordt VD een belangrijk probleem bij lange kabelinstallaties, zoals die in grotere gebouwen of op uitgestrekte eigendommen zoals boerderijen. Deze aanpak wordt vaak gebruikt om geleiders op de juiste maat te maken in eenfase, lijn-tot-lijn elektrische circuits en kan worden bepaald met behulp van een spanningsvalcalculator.
Elektrische kabels introduceren, terwijl ze stroom geleiden, inherent weerstand of impedantie aan de stroom. VD is gekwantificeerd als het spanningsverlies dat optreedt over een deel of het geheel van een circuit vanwege de kabelimpedantie, gemeten in volt.
Overmatige VD binnen de dwarsdoorsnede van een kabel kan leiden tot flikkerende of dimmende lampen, suboptimale verwarmingsprestaties en verhoogde motortemperaturen, wat mogelijk kan leiden tot burn-outs. Deze toestand dwingt de last om harder te werken met een verlaagde spanning die de stroom aandrijft.
Welke factoren bepalen spanningsval?
VD wordt bepaald door de volgende factoren:
1. Geleidermateriaal
Verschillende materialen hebben een verschillende elektrische geleidbaarheid. Koper is bijvoorbeeld een betere geleider dan aluminium.
2. Geleiderdiameter
Een grotere geleiderdiameter verbetert de geleiding omdat er meer materiaal is waar de stroom doorheen kan stromen.
3. Lengte van de geleider
Langere geleiders hebben een hogere weerstand, omdat de stroom een grotere afstand moet afleggen van de bron naar de belasting.
4. Geleidertemperatuur
Temperatuur heeft invloed op de geleidbaarheid van het materiaal. Sommige materialen worden meer of minder geleidend naarmate de temperatuur verandert.
5. Stroom die door de geleider wordt geleid:
Spanningsval is recht evenredig met de stroom die door de geleider wordt gevoerd. Als de stroom verdubbelt terwijl de weerstand hetzelfde blijft, verdubbelt de spanningsval ook.
6. Circuitverbindingen:
Verbindingen in een circuit veroorzaken contactweerstand en slechte verbindingen kunnen leiden tot een verhoogde spanningsval.
Zie ook: Wat is open-circuitspanning (Voc)?
Hoe spanningsval te berekenen
Het is belangrijk om op te merken dat de VD-formule varieert op basis van het aantal fasen in het circuit, hetzij eenfase of driefase. In de onderstaande vergelijkingen gebruiken we de volgende variabelen:
- Z: Geleiderimpedantie (ohm per 1,000 voet of ohm/kft)
- I: Belastingstroom (ampère)
- L: Lengte (voet)
Eenfasig systeem: V-daling = 2 ×— Z ×— I ×— L / 1000
Driefasig systeem: V-daling = 1.73 ×— Z ×— I ×— L / 1000
We deel deze formules door 1,000 omdat standaard impedantie waarden worden gegeven voor elke 1,000 voet, waarbij ze worden omgezet naar ohm per voet. Hoofdstuk 9 van de NEC biedt geleidereigenschappen op basis van een temperatuurclassificatie van 75 °C.
Om het proces te illustreren, nemen we een enkelfasig 120-V-circuit aan met een stroom van 22 A, een geleiderimpedantie van 1.29 ohm per 1,000 ft en een circuitlengte van 50 ft. De spanningsval zou zijn:
Spanningsval = (2 ×— 1.29 ohm/kft ×— 22 A ×— 50 ft) / 1,000 = 2.84 V
Percentage VD = 2.84 V / 120 V = 0.0237 = 2.37%
Als er meerdere geleiders per fase zijn, deel dan de bovenstaande berekening door het aantal geleiders per fase, aangezien de weerstand wordt verlaagd. Als er bijvoorbeeld twee geleiders per fase zijn in het bovenstaande voorbeeld, wordt de weerstand gehalveerd, wat resulteert in een spanningsval van 1.42 V (1.18%).
Lees ook: Hoe de VOC van een zonnepaneel te berekenen
Hoe spanningsval te beheersen
Het bereiken van volledige eliminatie van VD is onhaalbaar omdat alle materialen inherente elektrische weerstand bezitten. Echter, verschillende strategieën kunnen het effectief minimaliseren:
- Verbetering van de efficiëntie: Verbeter de efficiëntie van apparatuur om het stroomverbruik en daarmee de spanningsval te verminderen.
- Probleemoplossen: Identificeer en los elektrische problemen op die onnodige toename van stroom of weerstand veroorzaken.
- Corrigeren van geleiderafmetingen: Selecteer de juiste geleiders op basis van factoren zoals stroomsterkte, temperatuur en kabeldoorvoercapaciteit.
- Gecentraliseerde distributie: Plaats de belangrijkste elektrische componenten centraal om de bedradingsafstanden in gebouwen te minimaliseren.
- Evenwichtige belastingen: Zorg bij driefasensystemen voor een evenwichtige verdeling van de belasting om een ongelijkmatige spanningsval te voorkomen.
Moet lezen: Wat is nominale spanning?
